KR20110044027A - 키 입력 장치 - Google Patents

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KR20110044027A
KR20110044027A KR1020090100821A KR20090100821A KR20110044027A KR 20110044027 A KR20110044027 A KR 20110044027A KR 1020090100821 A KR1020090100821 A KR 1020090100821A KR 20090100821 A KR20090100821 A KR 20090100821A KR 20110044027 A KR20110044027 A KR 20110044027A
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김연형
사공진
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 데이터 입력이 필요한 기기의 키 입력 장치에 있어서, 키 입력 신호를 출력하는 제 1단자와, 상기 제 1단자와 이격되도록 설치되며 적어도 두 개로 분할된 분할 영역을 갖되 키입력 동작시 상기 모든 분할 영역이 함께 상기 제 1단자와 접촉되도록 설치되는 제 2단자와, 상기 제 2단자의 각 분할 영역에 할당되어 서로 병렬로 연결되는 서로 다른 저항값을 갖는 적어도 하나의 저항 및 상기 각 분할 영역 중 전기적으로 선별 연결된 적어도 하나의 해당 저항에 의해 상기 제 1단자에서 출력되는 서로 다른 전압값에 따라 대응 키 입력 동작을 수행하도록 제어하는 프로세서 칩을 포함하여, 키 입력장치의 키 버튼 스위치에서 하나의 신호라인으로 키 버튼의 눌림을 프로세서 칩에서 인식하도록 설계함으로써, 프로세스 칩의 포트 개수를 최소화 하여 프로세스 칩의 사이즈(Size)를 줄일 수 있으며, 프로세서 칩의 사이즈를 최적화 하여 인쇄회로기판(PCB)상의 실장면적을 최소화 함으로써 해당 기기를 소형화 할 수 있고, 제조비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
키 버튼, 스위치, 돔 시트, 저항, 프로세스 칩, 키 입력, 단자

Description

키 입력 장치{KEY INPUT DEVICE}
발명은 기기의 데이터 입력수단으로 사용되는 키 입력장치에 관한 것으로서, 특히 키 버튼(key button) 스위치의 내부 단자 또는 외부 단자 중 어느 하나의 단자를 일정 갯수로 등분할시켜 접점되도록 하여 키(Key) 인식에 사용되는 프로세서(Processor) 칩의 포트(port)수를 줄일 수 있는 키 입력 장치에 관한 것이다.
일반적으로 휴대용 단말기를 포함하여 수많은 전자 장치는 데이터 입력 수단으로 다수의 키버튼 장치를 사용한다. 상술한 종래의 키버튼 장치는 판 형상을 갖는 탄성 패드(elastic pad)와, 상기 탄성 패드의 상면에 형성되며 각각 그 상면에 대응 문자, 숫자 등이 각인된 복수의 키 버튼(key button)과, 상기 탄성 패드의 하면에 형성된 복수의 돌기(protrusion)(또는 엑츄에이터(actuator))를 포함한다. 더욱이, 상기 키버튼 장치의 시인성 확보를 위하여 백라이팅(backlighting)하기 위한 복수의(통상적으로 15~20개 정도) 발광 소자들(light emitting device)을 갖는다.
도 1은 종래에 따른 키 패드 어셈블리를 나타내는 단면도이다. 상기 키 패드 어셈블리(100)는 키 패드(110)와, 키 버튼 스위치(switch board, 150)와, 복수의 발광 다이오드(light emitting diode: LED, 170)를 포함한다.
상기 키 패드(110)는 고무 재질이며 판 형상을 갖는 탄성 패드(120)와, 상기 탄성 패드(120)의 상면(122) 상에 형성되며 각각 그 상면에 문자 등이 인쇄된 복수의 키 버튼(140)과, 상기 상면(122)의 반대편에 위치하는 상기 탄성 패드(120)의 하면(124) 상에 형성된 복수의 돌기(130)를 포함한다. 상기 각 키 버튼(140)의 중앙에 해당 돌기(130)가 정렬된다. 상기 탄성 패드(120)의 하면(124) 상에는 복수의 홈들(groove, 126)이 형성될 수 있다. 상기 홈들(126)은 상기 각 돌기(130)의 둘레에 배치되며, 상기 발광 다이오드들(170)과 상기 돌기들(130)의 간섭을 피하도록 형성된다.
상기 키 버튼 스위치(150)는 판 형상의 인쇄회로기판(printed circuit board: PCB, 155)과, 상기 키 패드(110)와 대향하는 상기 인쇄회로기판(155)의 상면 상에 형성된 복수의 스위치들(160)을 구비한다. 상기 각 스위치(160)는 도전성 접촉 부재(contact member, 162)와, 상기 접촉 부재(162)를 완전히 덮는 도전성 돔 시트(dome sheet, 164)으로 구성된다.
도 2는 종래의 키 버튼 스위치를 나타내는 도면이다. 상기 키 버튼 스위치는 내부단자(210) 및 상기 내부단자(210)의 주위를 둘러싸는 단일 외부단자(220)로 구성된다. 상기 내부단자(210)과 외부단자(220)는 돔 시트(Dome sheet)를 이용해서 연결될 수 있다. 각각의 키 입력은 컬럼 라인(Column line, 240) 및 로우 라인(Row line,230)의 조합에 의한 방식으로 이루어지며, 상기 내부단자(210)는 컬럼 라 인(Column line, 240)에 연결되고, 상기 외부단자는 로우 라인(Row line, 230)에 연결된다. 키 입력에 의한 신호전달 과정을 간략히 알아보면, 도 1의 키패드 어셈블리 구조에서 사용자에 의해 키 버튼(140)이 눌려지고, 상기 키 버튼(140) 하단에 위치한 상기 스위치(160)가 상기 돌기(130)에 의해서 눌려 짐으로써 상기 스위치를 구성하는 돔시트(Dome sheet)에 의해 내부단자(210)과 외부단자(220)가 연결된다.
이때 상기 스위치 연결을 통해 프로세서 칩(Chip)으로 전류가 흐르고, 상기 프로세스 칩(Chip)은 이를 감지하여 키 입력을 인식하게 된다. 반대로 상기 스위치가 단락되는 경우 내부단자(210)와 외부단자(220)의 연결이 끊어져 전류가 더 이상 프로세서 칩(Chip)으로 흐르지 않는다. 즉 ,상기 프로세서 칩(chip)에서는 입력되는 전류의 온/오프(ON/OFF)로 키 입력을 감지하게 된다.
도 2를 참조하면, 각각의 키 버튼(Key button) 스위치에 연결된 상기 컬럼 라인(Column line)과 로우 라인(Row line)은 메트릭스(Matrix) 형태로 배열되어 각각의 키 버튼 입력 포트를 구성한다. 즉, 12개(3×4)의 키 버튼을 구현하기 위해서는 7개의 핀(Pin)이 프로세서 칩에서 필요하고, 구현하고자 하는 키 버튼의 수가 증가하는 경우 프로세서 칩의 핀(Pin)의 수가 키 버튼의 수에 비례하여 증가하게 된다.
따라서, 쿼티 키(Qewrty key)와 같이 키 버튼의 수가 많은 입력장치를 구현하기 위해서는 프로세서 칩(Chaip)에도 키 입력 감지를 위한 핀(Pin)의 개수가 구현되는 키 버튼의 수에 비례하여 증가하게 됨으로써, 프로세서 칩의 크기가 커지고, 결국에는 휴대용 단말기의 사이즈가 커지는 문제점이 있다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 각각의 키버튼들을 최소한의 포트로 연결함으로써 입출력 신호 라인을 줄여 칩의 소형화에 기여할 수 있는 키 입력 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 키버튼들을 최소한의 포트로 연결함으로써 칩의 소형화에 따른 기기 전체의 슬림화에 기여할 수 있도록 구현되는 키 입력 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 키버튼들을 최소한의 포트로 연결함으로써, 기기의 제조 비용 절감에 일조할 수 있도록 구현되는 키 입력 장치를 제공하는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 데이터 입력이 필요한 기기의 키 입력 장치에 있어서, 키 입력 신호를 출력하는 제 1단자와, 상기 제 1단자와 이격되도록 설치되며 적어도 두 개로 분할된 분할 영역을 갖되 키입력 동작시 상기 모든 분할 영역이 함께 상기 제 1단자와 접촉되도록 설치되는 제 2단자와, 상기 제 2단자의 각 분할 영역에 할당되어 서로 병렬로 연결되는 서로 다른 저항값을 갖는 적어도 하나의 저항 및 상기 각 분할 영역 중 전기적으로 선별 연결된 적어도 하나의 해당 저항에 의해 상기 제 1단자에서 출력되는 서로 다 른 전압값에 따라 대응 키 입력 동작을 수행하도록 제어하는 프로세서 칩을 포함함을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 키 입력장치의 키 버튼 스위치에서 하나의 신호라인으로 키 버튼의 눌림을 프로세서 칩에서 인식하도록 설계함으로써, 프로세스 칩의 포트 개수를 최소화 하여 프로세스 칩의 사이즈(Size)를 줄일 수 있으며, 프로세서 칩의 사이즈를 최적화 하여 인쇄회로기판(PCB)상의 실장면적을 최소화 함으로써 휴대단말기를 소형화 할 수 있고, 제조비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 하기와 같다. 그러나 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 키 버튼 스위치를 나타내는 도면으로써, 본 발명에 따른 휴대용 단말의 키 버튼 스위치는 프로세서 칩(Processor chip, 350)의 아날로그-디지털 변환포트(Analog-Digital Convertor port(이하 'ADC 포트'라 함, 340))에 연결되는 내부단자(310), 상기 내부단자(310)의 외주로 이격 되어 등분할 되어 형성된 외부 단자(320) 및 상기 등분할 된 복수의 외부단자(320) 에 각각 병렬 연결되는 서로 다른 저항값을 갖는 대응 저항들(330, 331, 332, 333)로 구성된다.
상기 외부단자(320)의 각각 등분할된 부분에는 각각 동일한 전압이 인가되어 있으며, 상기 외부단자(320)의 각 분할된 부분에 전기적으로 연결된 저항(330, 331, 332, 333)은 각각 서로 다른 저항값(Ω)을 갖도록 구성되어 진다. 역시, 상기 저항들은 서로 병렬로 연결되는 것이 바람직하다.
본 도면상에서는 외부 단자를 4분할 시켜 각각 A, B, C, D로 구현하였으며, 각 분할된 단자들에는 서로 다른 저항값을 갖는 저항(330, 331, 332, 333)을 병렬로 연결하였다. 그러나 이에 국한되지 않으며, 예를 들어, 장치의 특성상 좀더 많은 데이터 입력 수단이 필요할 경우 상기 외부 단자를 5분할, 6분할 등 다양한 갯수로 등분할 시킬 수 있을 것이다.
상기 외부 단자(320) 및 내부 단자(310)는 공지의 탄소 접점 패드 일수 있다. 역시, 공지의 돔시트가 상기 외부 단자(320)와 함께 구현되고, 내부 단자(310)는 인쇄회로기판상에 패턴으로 형성되어 있을 수 있다. 본 발명에서 중요한 점은 상기 돔시트에 의해 상기 외부 단자(320)가 가압되어 내부 단자와 접촉될 때, 상기 외부 단자의 등분할된 모든 단자(A, B, C, D)가 눌려져야 하지만, 각각의 키버튼은 상기 외부 단자(320)의 서로 다른 갯수 또는 다른 위치의 등분할 된 부분만 상기 내부 단자(310)와 전기적으로 연결된다. 따라서, 가압되는 키버튼의 종류(각인된 숫자, 문자 등)에 따라 병렬 연결된 저항값이 변화할 것이고, 일정 입력 전압값이 ADC(Analog-Digital Convertor) 포트(340)를 통해 프로세서 칩(제어부)(350)로 들 어갈 때는 서로 다른 출력 전압값을 갖도록 구현된다. 따라서, 프로세서 칩(350)는 기설정된 해당 전압값에 따른 키맵핑을 통해 해당 문자 또는 숫자 또는 해당 어플리케이션의 수행을 제어할 수 있는 것이다. 즉, 상기 프로세서 칩(350)는 상기 ADC(Analog-Digital Convertor)포트(340)를 통해 입력된 상기 출력 전압값을 소프트웨어 코드(Software Code)로 변경하여 키(Key)값으로 인식하는 것을 특징으로 한다.
도 3을 참조하면, 상기 내부단자(310)는 ADC 포트(340)로 연결되고, 상기 외부단자(320)에는 일정한 전압(Vdc)이 인가되어 4개의 영역에서 일정한 전압(Vdc)을 유지하게 된다. 상기 4개의 외부단자(A,B,C,D, 320)는 인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board, PCB) 내에 배선으로 연결되며, 하드웨어(hardware)적으로는 상기 4개의 외부단자(310) A,B,C,D 중 필요한 배선만 연결하여 키가 눌렸을 때, 원하는 신호가 나갈 수 있도록 설계한다. 상기 프로세서 칩(350)에는 상기 내부단자(310)와 연결된 ADC 포트(340)를 통해 상기 내부단자(310)에서 출력되는 전압을 인식하여 코드(Code)로 변환하는 과정을 거쳐 어느 키가 눌렸는지 확인한다. 예를 들면, 상기 4개의 외부단자(320)중 B와 C가 배선되어 있는 패턴에 키가 눌리면 상기 돔 시트(dome sheet)에 의해 상기 내부단자(310)과 외부단자(320)가 연결되어 병렬 저항값으로 전압이 걸리고 변경된 전압값이 ADC 포트(340)가 있는 상기 프로세서 칩(350)으로 전달되고, 상기 프로세서 칩(350)은 상기 ADC 포트(340)을 통해 입력된 전압값을 인식하여 코드(Code)값으로 변환하여 키 입력을 인식한다.
또한, 복수개의 키(key)가 동시에 눌렸을 경우에도, 해당 전압값에 대한 ADC 코드를 제외하면 원하는 디지털 값을 칩(Chip)으로 보낼 수 있고, 중복된 값을 피할 수 있어, 여러 개가 동시에 눌렸을 때의 오류도 판단 할 수 있게 된다.
다음은 패턴 4개를 이용하여 구성한 키 버튼 스위치에 대한 예이다. 예를 들어, 외부 단자의 분할된 해당 단자에 인가되는 저항은 각각 70Ω(산포값 69.3Ω~70.7Ω), 170Ω(산포값 168.3Ω~171.7Ω), 300Ω(산포값 297Ω~303Ω), 500Ω(산포값 495Ω~505Ω)이 될 수 있으며 각 저항들은 서로 병렬로 연결된다. 역시, 일정 전압 1.8V(1.782V~1.818V)가 인가될 것이다.
이러한 경우 하기 <표 1>에 기재한 바와 같이, 15가지 경우의 수가 나오며, 해당 경우의 수에 따른 서로 다른 저항값이 산출될 수 있다. 즉, 외부 단자의 분할된 갯수(n)에 따라 하기 <수학식 1>에 따른 경우의 수가 도출될 수 있다.
Figure 112009064822645-PAT00001
따라서, 하기 <표 2>에 기재된 바와 같이, 일정 입력 전압이 인가되고 있으나, 서로 다른 저항값에 의해 경우의 수에 따라 서로 다른 전압값이 출력되는 것이다.
Figure 112009064822645-PAT00002
Figure 112009064822645-PAT00003
즉, 상기 <표 2>에 기재된 바와 같이, 상기 ADC 포트(340)로 출력되는 서로 다른 전압값을 감지하고, 코드값으로 변환한 후, 프로세서 칩에서 해당 키버튼의 문자, 숫자 등의 키값과 키 맵핑(Key Mapping) 값을 보여주고 있다. ADC(Analog-Digital Convertor)는 8Bit를 사용한다고 가정하면 256단계로 구성할 수 있으며, 0.01V당 코드 1개씩 입력시키면 0~2.55V까지 구성할 수 있는 것이다.
참고로 저항의 개수를 늘릴 경우, 저항값을 정하기가 어려운 상황이 발생 가능하므로 이런 경우, 해당 ADC(Analog-Digital Convertor) 포트를 다른 것으로 할당하여 진행할 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 키 버튼 스위치를 쿼티키에 적용한 경우를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 각각의 키 버튼(key button)에 해당되는 키 버튼 스위치 패턴이 다르게 설계되어 있음을 알 수 있으며, 각각의 키에 대응되도록 저항과 배선으로 연결되어 있는 하나 또는 복수개의 외부 단자(420)를 도시하고 있다. 상기 외부 단자(420)와 연결되어 있는 저항은 각각 서로 다른 저항값을 가지고 있으므로 키 버튼이 눌려짐으로써 내부 단자(410)와 외부 단자(420)가 연결되는 경우 상기 내부 단자(410)에서는 각각의 키 버튼에 대응하는 각각 서로 다른 전압값이 출력된다.
도 5은 도 3에 도시된 키 버튼 스위치를 웨이크업(wake up) 콜(Call)에 적용한 경우를 나타내는 도면이다. 외부 단자(520)의 두 개의 분할된 부분(A E)으로 하였고, 두 개의 서로 다른 저항값을 갖는 저항(530, 531)이 각 분할된 단자에 전기적으로 연결된 상태이다. 키 버튼을 입력하여 시스템(system)을 웨이크 업(wake up)하는 경우, 외부 단자(520)의 전원을 풀업(pull up)이 걸린 폴링에지(falling edge)방식의 인터럽(interrupt)으로 사용할 수 있다. 즉, 키(key)가 눌렸을 때 인터럽트(interrupt)이 발생하여 시스템(system)을 웨이크 업(wake up)하는 역할을 하게 된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 도면으로써, 휴대용 단말기의 프로세서 칩의 ADC 포트(Analog-Digital convertor port, 640)와 연결되는 외부단자(620), 상기 외부단자(620)의 내부에 이격되어 형성된 복수개의 내부단자(610) 및 상기 내부단자(610)에 연결되는 서로 다른 저항값을 갖는 적어도 한의 대응 저항들(630, 631, 632, 633, 634)로 구성된다.
도 6의 키 버튼 스위치의 내부단자(610)는 5개의 동일한 크기의 원형으로 형성된 것을 예로 들었으나 필요한 키(key)의 수에 따라 모양 또는 수를 달리 할 수 있다. 또한, 상기 내부단자(610)에 연결되는 저항은 키 구현에 따라 하나 또는 복수개로 각각 서로 다른 저항값을 갖도록 설계된다.
도 6을 참조하면, 상기 외부단자(620)는 ADC(Analog-Digital Convertor) 포트(640)로 연결되고, 상기 내부단자(610)에는 일정한 전압(Vdc)이 인가되어 다섯개의 영역에서 일정한 전압(Vdc)을 유지하게 된다. 상기 다섯개의 내부단자(610)는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB) 내에 배선으로 연결되며, 하드웨어(Hardware)적으로는 상기 다섯개의 내부단자(610)중 필요한 배선만 연결하여 키가 눌렸을 때, 원하는 신호가 나갈 수 있도록 설계한다. 상기 프로세서 칩(650)에서는 상기 내부단자(610)과 연결된 ADC(Analog-Digital Convertor) 포트(640)를 통해 상기 외부단자(620)에서 출력되는 전압을 인식하여 코드(CODE)로 변환하는 과정을 거쳐 어느 키가 눌렸는지 확인한다.
분명히, 청구항들의 범위내에 있으면서 이러한 실시예들을 변형할 수 있는 많은 다양한 방식들이 있다. 다시 말하면, 이하 청구항들의 범위를 벗어남 없이 본 발명을 실시할 수 있는 많은 다른 방식들이 있을 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 휴대 단말기의 키패드 어셈블리를 나타내는 도면;
도 2는 종래의 키 버튼 스위치를 나타내는 도면;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 키 버튼 스위치를 나타내는 도면;
도 4는 도 3에 도시된 키 버튼 스위치를 쿼티키에 적용한 경우를 나타내는 도면;
도 5은 도 3에 도시된 키 버튼 스위치를 웨이크업 콜에 적용한 경우를 나타내는 도면; 및
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따라 내부 단자가 다분할된 키 입력 장치를 나타내는 도면.

Claims (11)

  1. 데이터 입력이 필요한 기기의 키 입력 장치에 있어서,
    키 입력 신호를 출력하는 제 1단자;
    상기 제 1단자와 이격되도록 설치되며 적어도 두 개로 분할된 분할 영역을 갖되 키입력 동작시 상기 모든 분할 영역이 함께 상기 제 1단자와 접촉되도록 설치되는 제 2단자;
    상기 제 2단자의 각 분할 영역에 할당되어 서로 병렬로 연결되는 서로 다른 저항값을 갖는 적어도 하나의 저항; 및
    상기 각 분할 영역 중 전기적으로 선별 연결된 적어도 하나의 해당 저항에 의해 상기 제 1단자에서 출력되는 서로 다른 전압값에 따라 대응 키 입력 동작을 수행하도록 제어하는 프로세서 칩을 포함함을 특징으로 하는 키 입력 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 프로세서 칩은 상기 제 1단자에 출력되는 아날로그 신호를 디지털화하여 상기 프로세서 칩에 전달하는 ADC(Analog-Digital Converot)포트를 더 포함함을 특징으로 하는 키 입력 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서 칩은 상기 ADC 포트로 입력되는 키 입력 신호를 코드화하여 기 설정된 해당 전압값에 대한 대응 키값을 출력하도록 제어함을 특징으로 하는 키 입력 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2단자는 등분할 된 것을 특징으로 하는 키 입력 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 대응 키값의 수는 상기 제 2단자의 분할된 갯수(n)에 따라 하기 <수학식 2>에 의해 최대패턴갯수가 생성됨을 특징으로 하는 키 입력 장치.
    Figure 112009064822645-PAT00004
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1단자 및 제 2단자는 기기의 인쇄회로기판(PCB)상에 형성되는 패턴 임을 특징으로 하는 키 입력 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1단자와 제 2단자의 상부에는 가압 동작에 따라서 상기 제 1단자와 제 2단자의 각 분할된 영역을 전기적으로 선별 연결시켜주는 키 입력 스위치로써 돔 시트가 더 설치됨을 특징으로 하는 키 입력 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1단자는 상기 제 2단자의 외부에 일정 간격으로 이격되도록 설치됨을 특징으로 하는 키 입력 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1단자는 중공형으로 형성된 상기 제 2단자의 내부에 이격 배치됨을 특징으로 하는 키 입력 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2단자는 중공형으로 형성된 상기 제 1단자의 내부에 이격 배치됨을 특징으로 하는 키 입력 장치.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항의 특징에 따른 키 입력 장치를 포함하는 휴대용 무선 단말기.
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